PRACTICA DE PROGACION DEL SONIDO TUBO DE IMPEDANCIA Realizado por: Mario Enrique Casado García David Murillo Silo
INDICE 1. Introducción 2. Funcionamiento del tubo de impedancia 3. Equipos que intervienen en la práctica 4. Materiales estudiados en el ensayo de la práctica 5. Medición y procedimiento 6. Resultados del ensayo 7. Conclusiones Tubo de impedancias Página 2
1.- INTRODUCIÓN Una onda sonora que incide sobre un material se comporta de distintas maneras. Parte de su energía es: Reflejada Absorbida Transmitida Es un instrumento que sirve para medir mediante un método directo, el coeficiente de absorción y reflexión acústica de un material ensayado. El método está regulado por la normativa ISO-10534-1, ISO-10534-2 y ASTM-E1050. Consiste en generar una onda estacionaria, y medir el coeficiente de absorción e impedancia acústica de los materiales introducidos en el tubo, en un rango de frecuencia predeterminado. 2.-FUNCIONAMIENTO DEL TUBO DE IMPEDANCIA Mediante la formación de ondas estacionarias en un tubo de impedancia de un sonido emitido por un altavoz se obtienen ondas incidentes y reflejadas. Estas ondas son recogidas por dos micrófonos, situados en el tubo y conectados al espectrómetro, espaciados entre sí, permitiendo distinguir cual es la onda emitida y la reflejada. Micrófonos Amplificador Tubo de impedancias Página 3
3.- EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN LA PRÁCTICA A.-Amplificador: amplifica la señal que le llega del generador/analizador para conseguir unos niveles de presión sonora (SPL, por sus siglas en inglés) en el tubo de impedancia cercanos a 100-120dB. Hay que prestar especial atención a este amplificador ya que la señal de ruido que le llega del generador/analizador se puede distorsionar si se satura (overflow), produciendo una señal distorsionada en el tubo y por consiguiente que se estén falseando los datos. Marca: Brüel & Kjaer Modelo: tipo 2706 Ilustración 1: Amplificador de señal B.-Generador/Analizador de las señales de ruido: aparato electrónico que produce señales de ruido de banda ancha en todas las componentes frecuenciales. Generalmente estas señales son ruido rosa, un tipo de ruido que tiene el mismo nivel en todas las bandas frecuenciales, o blanco, en el que su densidad espectral de potencia es una constante. Permite observar y analizar las componentes frecuenciales de las señales capturadas por los micrófonos. Marca: Brüel & Kjaer Modelo: tipo 3550 Ilustración 2: Generador/analizador de señales. Tubo de impedancias Página 4
C.- Ordenador: se utiliza para cargar el software de cálculo. Es un software propio de Brüel & Kjaer programado en MS-Dos para la carga, calibrado, análisis, exportado de datos, inicio de ejercicios, parada, Ilustración 3: Ordenador de sobremesa. D.- Kit tubo de impedancias: Marca: Brüel & Kjaer Modelo: Tipo 4206 Número 1629475 Dos tipo de tubo de impedancia, adaptadores, de diferente medida Ilustración 4: Tubo de impedancia. Tubo ancho o grande: se utiliza para estudiar las frecuencias entre 50Hz y 1,6KHz. Es un tubo cuyo diámetro es de 100mm. Ilustración 5: Tubo de 100mm. Tubo de impedancias Página 5
Tubo estrecho o pequeño: se utiliza para estudiar las frecuencias entre 500Hz y 6,4KHz. Cuyo diámetro es de 29mm. Ilustración 6: Tubo de 29mm. E.- Micrófonos: Marca: Brüel & Kjaer Micrófono 1: micrófono condensador de ¼ tipo 4187 numero 1656258, con preamplificador tipo 2633 numero 1672728. Micrófono 2: micrófono condensador de ¼ tipo 4187 numero 2437354, con preamplificador tipo 2633 número 1672710. Ilustración 7: Micrófonos situados en el tubo de impedancia. F.- Configuración y puesta en marcha de todos los equipos: Los set-ups iniciales, tanto para configuraciones del tubo grande de 100mm, como para el tubo pequeño de 29mm sería la que se puede observar en la Ilustración 8. Del mismo modo se adjunta en la Ilustración 9 impedancia. el diagrama de despiece del tubo de Tubo de impedancias Página 6
Ilustración 8: Esquemas de montaje para las medidas en el tubo de impedancia. Ilustración 9: Diagrama de despiece del tubo de impedancia. Tubo de impedancias Página 7
4.- MATERIALES UTILIZADOS EN EL ENSAYO DE LA PRÁCTICA 1. Cartón yeso 2. Lana mineral 3. Esponja 4. Fibra de vidrio 5. Material aislante acústico 1 6. Material aislante acústico 2 Tubo de impedancias Página 8
4.1.- CARTON YESO Tabla 1: Cartón yeso. Espesor: 15mm Características Utilización: falsos techos. Muestra de 100mm Muestra de 29mm 4.2.- LANA MINERAL Tabla 2: Lana mineral. Espesor: 50mm Características Utilización: aislante térmico y acústico. Muestra de 100mm Muestra de 29mm Tubo de impedancias Página 9
4.3.- ESPONJA Tabla 3: Esponja. Características Espesor: 45mm Utilización: relleno de asientos de automóviles Muestra de 100mm Muestra de 29mm 4.4.- FIBRA DE VIDRIO Tabla 4: Fibra de vidrio. Espesor: 30mm Características Utilización: aislante térmico Muestra de 100mm Muestra de 29mm Tubo de impedancias Página 10
4.5.- MATERIAL AISLANTE ACÚSTICO 1 Tabla 5: Material aislante acústico 1. Espesor: 30mm Características Utilización: aislante acústico Muestra de 100mm Muestra de 29mm 4.6.- MATERIAL AISLANTE ACÚSTICO 2 Tabla 6: Material aislante acústico 2. Espesor: 30mm Características Utilización: aislante acústico Muestra de 100mm Muestra de 29mm Tubo de impedancias Página 11
5.- MEDICION Y PROCEDIMIENTO Antes de empezar las mediciones, se deben calibrar los micrófonos junto con el equipo de medición. Para calibrar, se utiliza una muestra de calibración y se sigue el procedimiento que indica el software. Los pasos a realizar en el tubo de 29mm serían los siguientes: a) Cambio de los micrófonos de la posición normal de funcionamiento. b) Poner el filtro del tubo de impedancia en filtro paso alto (HP, por sus siglas en inglés) c) Mediciones realizadas por el software. d) Cambio de los micrófonos a su posición normal de funcionamiento. e) Medición realizada por el software. f) Obtención del archivo de calibrado. Para el tubo grande de 100mm serían los mismo pasos que se han visto pero el filtro utilizado en este caso es el paso bajo (LP, por sus siglas en inglés). Lo primero que hay que hacer es procesar los materiales para convertirlos en muestras. Esto se realiza mediante un troquel, cuando los materiales así lo permiten, ya que la muestra debe ajustarse perfectamente en la cavidad del tubo. Una vez realizadas las muestras se introducen en el tubo y éste se monta para proceder a realizar el ensayo. Se emite dentro del tubo un ruido aleatorio de banda ancha con componentes en todas las bandas frecuenciales, para así generar ondas estacionarias dentro de éste. Las ondas serán descompuestas en componentes de ondas incidentes y reflejadas. Las señales serán captadas por 2 micrófonos espaciados entre sí. Con la función de transferencia obtenida entre ambas posiciones de los micrófonos, se calcula el coeficiente de absorción a incidencia normal del material de prueba. Para la medición con el tubo pequeño, se realizaron 100 muestras con una resolución de 8Hz en el intervalo de frecuencias de 500Hz a 6,4kHz. En el caso del tubo grande, se realizaron 50 muestras en saltos de 2Hz en el intervalo de frecuencias de 50Hz a 1,6kHz. Tubo de impedancias Página 12
6.- RESULTADOS DEL ENSAYO Se presentarán aquí los resultados obtenidos para los diferentes tubos y para los diferentes materiales analizados en cada caso. Resaltar que para el ensayo con el tubo grande se realizaron dos experimentos como combinación de materiales, estos son: Tabla 7: Composición de materiales de los experimentos 1 y 2. MATERIALES EXPERIMENTO 1 Material aislante acústico 1 + lana mineral + material aislante acústico 2 EXPERIMENTO 2 Material aislante acústico 1+ cámara de aire + esponja En el ensayo del tubo pequeño se adjuntan las gráficas correspondientes a los coeficientes de absorción del material, los coeficientes de reflexión y la parte real de la impedancia normalizada. 6.1.- ENSAYO TUBO PEQUEÑO Ilustración 10: Experimento 2 a la izquierda, y experimento 1 a la derecha. Tabla 8: Coeficientes de absorción de distintos materiales para las frecuencias centrales de 1/3 de octava. MATERIAL 500 630 800 1k 1.25k 1.6k 2k 2.5k 3.15k 4k 5k 6.3k CARTÓN YESO 0,279 0,332 0,366 0,402 0,427 0,452 0,479 0,553 0,52 0,525 0,546 0,536 LANA MINERAL 0,481 0,51 0,544 0,573 0,604 0,692 0,714 0,733 0,768 0,805 0,844 0,857 MATERIAL ACUSTICO 1 0,305 0,414 0,537 0,653 0,759 0,85 0,919 0,954 0,946 0,946 0,958 0,967 MATERIAL ACUSTICO 2 0,557 0,622 0,613 0,799 0,82 0,809 0,728 0,642 0,599 0,525 0,461 0,414 FIBRA DE VIDRIO 0,183 0,237 0,326 0,451 0,553 0,701 0,822 0,912 0,973 0,998 0,988 0,973 Tubo de impedancias Página 13
496 696 896 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 COF. DE REFLEXIÓN COF. DE ABSORCION Máster de Acústica y Vibraciones Coeficiente de absorción: 1,2 1 CARTÓN YESO LANA MINERAL MATERIAL ACUS 1 MATERIAL ACUS 2 FIB. VIDRIO AMARILLA 0,8 0,6 0,4 0,2 0 FRECUENCIA Coeficiente de reflexión magnitud: 0,9 0,8 CARTÓN YESO LANA MINERAL MATERIAL ACUS 1 MATERIAL ACUS 2 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Impedancia normalizada parte real: Tubo de impedancias Página 14
496 688 880 1072 1264 1456 1648 1840 2032 2224 2416 2608 2800 2992 3184 3376 3568 3760 3952 4144 4336 4528 4720 4912 5104 5296 5488 5680 5872 6064 6256 Impedancia Normalizada Máster de Acústica y Vibraciones 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 CARTÓN YESO LANA MINERAL MATERIAL ACUS 1 MATERIAL ACUS 2 6.2.-ENSAYO TUBO GRANDE Tabla 9: Coeficientes de absorción de distintos materiales para las frecuencias centrales de 1/3 de octava. MATERIAL 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1k 1,25k 1,6k CARTON YESO 0,026 0,04 0,033 0,025 0,043 0,053 0,079 0,103 0,141 0,2 0,272 0,355 0,449 0,528 0,558 0,54 LANA MINERAL 0,068 0,114 0,135 0,159 0,212 0,256 0,301 0,337 0,373 0,41 0,441 0,493 0,602 0,581 0,652 0,674 ESPONJA 0,03 0,047 0,048 0,055 0,091 0,124 0,178 0,222 0,299 0,483 0,63 0,764 0,882 0,951 0,955 0,921 FIBRA DE VIDRIO 0,034 0,024 0,025 0,022 0,043 0,049 0,073 0,105 0,146 0,192 0,266 0,441 0,568 0,675 0,786 0,867 MATERIAL ACUS 1 0,031 0,03 0,021 0,026 0,043 0,051 0,071 0,086 0,15 0,267 0,401 0,548 0,701 0,814 0,887 0,923 MATERIAL ACUS 2 0,016 0,012 0,016 0,021 0,034 0,042 0,064 0,092 0,13 0,182 0,255 0,387 0,524 0,653 0,778 0,865 EXPERIMENTO 1 0,183 0,242 0,258 0,278 0,304 0,313 0,323 0,423 0,586 0,653 0,685 0,692 0,733 0,798 0,844 0,87 EXPERIMENTO 2 0,051 0,099 0,12 0,169 0,252 0,348 0,449 0,509 0,687 0,878 0,907 0,898 0,877 0,827 0,803 0,82 Tubo de impedancias Página 15
COEF ABOSRCION Máster de Acústica y Vibraciones 1,2 1 0,8 0,6 CARTON-YESO LANA MINERAL ESPONJA FIBRA DE VIDRIO MATERIAL ACUS 1 MATERIAL ACUS 2 EXP-1 EXP-2 0,4 0,2 0 FRECUENCIA Tubo de impedancias Página 16
7.-CONCLUSIONES 7.1.- CONCLUSIONES DEL ENSAYO EN TUBO PEQUEÑO Buscando el material que su promedio del coeficiente de absorción a altas y bajas frecuencias sea próximo a 1, que sería lo idóneo, aunque imposible de conseguir en la realidad, los que mejor se comportan tanto en altas como en bajas frecuencias son la lana mineral y el material aislante acústico 1, dado que el resto de materiales estudiados tienen buen comportamiento a unas frecuencias pero en el resto no. Analizando los coeficientes de absorción a altas frecuencias de los distintos materiales, de mayor a menor absorción son: 1. Fibra de vidrio 2. Material aislante acústico 1 3. Lana mineral 4. Cartón yeso 5. Material aislante acústico 2 Analizando los coeficientes de absorción a bajas frecuencias de los distintos materiales, de mayor a menor absorción son: 1. Material aislante acústico 2 2. Lana mineral 3. Material aislante acústico 1 4. Cartón yeso 5. Fibra de vidrio 7.2.- CONCLUSIONES DEL ENSAYO EN TUBO GRANDE En este caso, los materiales que mejor se comportan en la absorción del ruido a altas y bajas frecuencias son: la esponja y la lana mineral. Aunque los mejores resultados se obtuvieron con la combinación de materiales en el experimento 1 y en el experimento 2. Pero estas combinaciones son imposibles de realizar en la realidad debido a su alto coste y espesor. Tubo de impedancias Página 17
Analizando los coeficientes de absorción a altas frecuencias de los distintos materiales, de mayor a menor absorción son: 1. Esponja 2. Material aislante acústico 1 3. Experimento 1 4. Fibra de vidrio 5. Material aislante acústico 2 6. Experimento 2 7. Lana mineral 8. Cartón yeso Analizando los coeficientes de absorción a bajas frecuencias de los distintos materiales, de mayor a menor absorción son: 1. Experimento 1 2. Lana mineral 3. Experimento 2 4. Esponja 5. Resto de materiales Tubo de impedancias Página 18